DWDM基本原理ppt课件.ppt

1、DWDM原理,刘和平 本部用户服务部 2004.08.02,1,主要内容,WDM基本知识 系统光功率预算,2,基本知识1-WDM系统设计依据和执行标准,ITU-T G.661-1996：有关放大器一般参数的定义和测试,ITU-T G.662-1995：光纤放大器器件及子系统的一般特性,ITU-T G.663-1996：光纤放大器器件及子系统的应用有关方面,ITU-T G.664-1998：用于光传输系统的通用光安全性程序,ITU-T G.671-1996：无源光器件的传输特性,ITU-T G.681-1996：使用光放大器包括光复用器的局间和长途线路系统的光接口,ITU-T G.691-199

2、7：具有光放大器的有关单信道SDH系统的光接口,ITU-T G.692-1998：具有光放大器的多通道系统的光接口,3,基本知识1-WDM系统设计依据和执行标准,ITU-T G.784-1994：同步数字体系(SDH)的管理,ITU-T G.773-1993：传输设备管理的Q接口协议栈,ITU-T G.774-1994：SDH网元信息模型,ITU-T G.826-1995：基群及更高速率的国际固定比特率数字通道的误码性能参数和指标,ITU-T G.825-1995：基于SDH数字网络抖动与漂移的控制,ITU-T G.957-1995：有关SDH设备和系统的光接口,光波分复用系统总体技术要求（暂

3、行规定）（YDN 120-1999）,光波分复用系统（WDM）技术要求-32*2.5Gbit/s部分）（YD/T 1060-2000）,4,基本知识1,光的电磁波属性： 波长和频率的关系,www:,5,基本知识1-系统工作波长,中心频率间隔： 200GHz（8波） 100GHz（16，32/40波） 中心频率偏差（寿命终了值）： 20GHz 波长稳定度（环境温度-1060）： 3GHz,6,通路波长分配,CH1(OTU1): 192.1THz(1560.61nm) CH2(OTU2): 192.2THz(1559.79nm) CH32(OTU32): 195.2THz(1535.82nm) 1

4、92.1*1560.61=195.2*1535.82=193.1*1552.52=光速 对32/16波系统,通路波长间隔为100GHz(约0.8nm). 对8波系统,通路波长间隔为200GHz(约1.6nm). 选用波长应在EDFA光放大器的放大频段之内.,7,基本知识2,1530 nm,1540 nm,1550 nm,1560 nm,1570 nm,1580 nm,1590 nm,1600 nm,BLUE BAND 蓝带,RED BAND 红带,INFRA-RED BAND 红外带,196.0,199.0,195.0,194.0,193.0,192.0,191.0,1505,1510,153

5、0,1535,1540,1545,1550,1555,1560,1565,1570,OSC信道151010nm,C-Band,(nm),L-Band,8,基本知识3- DWDM系统简介,DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing 在一根光纤上同时利用不同波长的光载波承载不同的信号进行混合传输 最早的波分复用技术是将1310nm和1550nm的两波分复用 DWDM1550nm窗口下以一定的波长间隔传送光载波,9,基本知识3- DWDM系统简介,DWDM与CWDM,10,基本知识3-WDM的组成,1,11,基本知识3-WDM的组成,光发射和接收部分： 特

6、定波长转换、信号调制和波长、功率稳定、色散容限大的 LD发射源； 能容忍一定SNR信号的PIN或APD宽带光接收机。 合波和分波部分： 插损小、信道隔离度高的光解复用器 光传输和光放大： 满足一定损耗和色散参数的线路光纤 增益平坦和增益锁定的EDFA光放大器 光监控通道： 1510nm, DWDM系统网管 光传送网分层模型,12,基本知识,光发射技术 发射机调制技术： 1、直调（节省成本） 2、EA调制（减少啁啾系数） 3、MZ调制 波长稳定技术： 1、温度反馈控制技术 2、波长反馈控制技术 发射机主要技术指标： 1、光谱特性 2、眼图模板 3、抖动性能 4、误码性能,光接收技术 接收机类型：

7、 1、PIN/APD 2、2R/3R 3、单一速率/多速率 接收机主要技术指标： 1、灵敏度 2、过载点 3、反射,13,基本知识-光源-激光器的调制方式,激光器的直接调制,调整注入电流,光信号输出,缺点：引起频率啁啾， 展宽谱线宽度,光调制器,激光器的间接调制,光信号输出,电调制信号,优点：压缩谱线宽度，减少啁啾系数，保证光谱质量 常用的外调制： EA；LiNbO3（MZ）,频率啁啾的解决,14,基本知识-发射模块的波长控制,TEC温度控制器,TEC温度 控制电路,温度传感器,0激光输出,T(C),(nm),对于1.5m DFB激光器，波长温度系数约为13GHz/C，管芯温度每升高1 C，输

8、出波长大约向长波长方向移动0.1nm。,管芯温度和波长关系曲线,0,LD管芯,15,通路波长的监控,根据OTU单板当前15分钟性能中光发射模块管芯温度的变化情况，可初步判断各通路波长的漂移情况，如对OTU1单板，如果工程开通时的管芯温度为25.3度, 波长为标准的192.1THz(1560.61nm),在经过多年运行后,如果网管查询管芯温度为26.3度, 则可基本推断出,此时该单板输出光信号波长向长波长漂移了0.1nm, 即波长约变为192.097THz(1560.71nm). 如果波长漂移过大,大于20GHz时,可考虑采用多波长计通过设备的OMU/OA等单板的监控光口进行准确测试,然后在网管

9、单板维护菜单中进行OTU波长的调整.通过仪表的测试或网管上管芯温度的恢复来判断是否调整至满足运行要求.,16,基本知识-对OTU光发送部分的要求,中心频率 ：192.1THz196.0THz 中心频率偏差： 40dB -20dB谱宽： 0.2nm,17,基本知识通道代价,背靠背灵敏度： -33.5dBm 传输后灵敏度： -32dBm 通道代价： 1.5dB,18,基本知识正常的眼图,左上：传输前 Filter on 右上：传输前Filter off 左下：传输675km后 右下：传输775km后 线路光纤为G652。,19,基本知识不正常系统的眼图,左上：下降沿发散（LD工作点不合适） 右上：

10、眼图模糊（光口反射严重） 左下：传输775km后，（色散补偿不足） 右下：直调LD模块传输后眼图 线路光纤为G652。,20,基本知识-,DWDM系统中使用的波分复用器件的性能应满足ITU-T G.671及相关建议的要求。 合波器 常用的合波器类型有耦合器型、介质薄膜滤波器型和集成光波导型。 合波器的参数主要有插入损耗、光反射系数、工作波长范围、极化相关损耗和各通路插损的最大差异。 分波器 分波器的类型主要有光栅型、介质薄膜滤波器型、熔锥型和集成光导型分波器等类型。 分波器的参数主要有通路间隔、插入损耗、光反射系数、相邻通路隔离度、非相邻通路隔离度、极化相关损耗、温度系数、0.5dB和 20d

11、B带宽。,21,DWDM复用和解复用器,DWDM复用和解复用技术,22,基本知识-EDFA,EDFA特点： 1、全透明 2、无串扰 3、宽带宽(35nm) 4、高增益(33dB) 5、低噪声(5.5dB) EDFA主要技术指标： 1、增益 2、带宽 3、噪声系数 4、输出光功率 5、平坦度 6、瞬态响应,光放大技术（EDFA）,23,线路损耗的影响 包括吸收、散射、弯曲、接头损耗，导致光信噪比降低 OSNR = Pout - 10logM - L + 58dBm - Nf - 10logN- P 其中： Pout为总入纤功率，M为通道数量，L为线路损耗， Nf 为EDFA噪声系数，N为光再生段

12、数量， P为通道功率与均值间差异。 线路色散的影响 包括材料色散、波导色散及模式色散等，导致波形展宽引起码间串扰 色散传输限制：B2L D1105 其中：B为信号带宽，L为线路长度，D为光纤色散系数。 线路非线性的影响 包括SBS、SRS及SPM、XPM、FWM、IM等,基本知识,24,光纤色散, 光纤色散效应对传输的影响,1 0 1 0 1 0 1 1 0 1,1 0 1 0 1 0 1 1 0 1,Input,Output,脉冲展宽 (ps) = D(ps/ nm*km) * S(nm) * L(km),Time,Time,脉冲展宽 1/4 比特周期时会引起误码,25,B2 * D * L

13、 105(Gb/s)2ps/nm,2.5 Gb/s 10 Gb/s SMF (G.652) 960 km 60 km (D=17ps/nm.km) NZDF(G.655) 4800 km 300 km (D=16ps/nm.km),假设光源无啁啾,色散受限距离：,*实际受限距离将比理论值低20%40%左右,基本知识-光纤色散对传输距离的影响,26,基本知识-光纤特性那个,两种光纤的比较 G.652 光纤特性：(1550nm窗口） 功率衰耗值：0.25dB 色散系数：17ps/(nm.km) *利于克服四波混频效应，但不利于高比特长距离传输 G.655 光纤特性：(15301565 nm） 功率

14、衰耗值：0.25dB 色散系数：16ps/(nm.km) *既可以克服四波混频效应，又支持高比特（10Gbit/s) 的长距离传输，同时满足TDM和WDM两种发展方向的 要求。,27,基本知识-多种跨距段和传输距离的解决方案.,最长无电中继距离：640km；多复用级联传输距离10,000km。 多种跨距段：80，100，120km；超长跨距段达到160km以上。,: ZXWM-32 OTM : ZXWM-32 OLA,1 x 41 dB (约160km),28,光监控 网络管理,基本知识-独立的监控通道,29,DWDM系统中影响信号传输的因素,线宽、 动态效应,啁啾,ASE 增益平坦性,D，A

15、TT， SPM，XPM， FWM，SRS.,串扰,差拍、 散粒、 热噪声,30,基本知识,在长距离光纤传输系统中，为了减轻色散对信号的影响，应选用啁啾小、线宽窄的高品质激光器；,在长距离光纤传输时，色散对信号的影响十分明显，在高速率传输时(10G)尤其如此。必须进行相应的色散管理；,色散补偿不能抵消光纤的非线性效应对信号的影响。必要的色散还可以在一定程度上降低非线性效应的影响。在多信道、高速率传输时，采用大有效面积光纤和降低信道平均功率可以降低非线性效应的影响；,在级联的EDFA系统中，为了在接收端保持合适的OSNR，必须对信道功率、光纤段数（增益）和信道数进行综合考量；在同样长度的复用段内，

16、采用多跨距、小增益OA的系统要比少跨距、大增益OA的系统更合适。,大裕量的系统设计可以使系统升级成为可能。,31,ZXWM-32系统设计总体框架,32,ZXWM-32系统设计总体框架,系统可分为开放式和集成式。其中开放式WDM系统采用O/E/O波长变换技术，将不满足G.692标准要求的光信号转换至满足G.692标准要求的光信号。 采用具有增益锁定及增益网管调控功能的掺铒光纤放大器，实现超长距离传输，最长无电中继传输距离可达640km(采用FEC技术可达800km)。配置类型完全满足ITU-T G.692建议要求，典型配置为333dB、530dB、822dB等。 采用专利技术进行线路故障检测，实

17、现光复用段的保护，倒换时间小于50ms。 系统设计为双向传输系统，传输光纤采用G.652光纤，也可采用G.655光纤。 系统提供独立的光监控通道（OSC），用以传输复用段和中继段的公务和网元管理信息，并提供OSC的保护路由。 系统可以进行告警、维护、性能、配置、安全和系统等管理，具有主、副站WDM网元管理功能， 各单板具有软件在线升级功能和统一的单板软、硬件框架。采用模块化设计便于系统升级与维护。,33,ZXWM-32光传输系统设备类型,OLA 线路放大 设备,OTM 光终端 设备,OADM 光分插复 用设备,OTM 光终端 设备,ZXWM-32光传输系统由以下三种设备类型构成： 光终端设备（

18、OTM）：由光转发子架（OTU）和光放大子架（OA）组成 光分插复用设备（OADM）： 由光转发子架（OTU）和光放大子架（OA）组成 光线路放大设备（OLA）：由光放大子架（OA）组成,34,ZXWM-32光传输系统机架结构,系统采用了模块化结构设计，所有主光通道单板的背板接口设计完全相同，可以任意混插，实现系统灵活配置。 只需通过在同一机架内增加光转发子架和部分单板的方式，即可实现系统升级和扩容，具有极好的兼容性和扩展性。,内置ODF架,35,ZXWM-32光传输系统OTU子架结构,OTU,OTU,OTU,OTU,OTU,OTU,OTU,OTU,OTU,OTU,OTU,OTU,OTU,OT

19、U,OTU光转发板,36,ZXWM-32光传输系统OA子架结构,OMU,OA,OW,OSC,NCP,OSC,OP,OA,ODU,OMU光合波板 OA 光放大板 OPM 光通道监控板 OW 公务板 OSC 光监控通道板 NCP 主控板 ODU 光分波板,公共接口区,37,ZXWM-32光传输系统结构 集成式,38,ZXWM-32光传输系统结构 开放式,39,系统光功率预算,40,系统光功率预算,OTUT入光、出光 OTUG入光、出光 OMU输入、输出 OBA输入、输出 OLA输入、输出 OPA（SDMT）输入、输出 ODU输入、输出 OTUR输入、输出,41,系统光功率预算,发送端OTUT输入、

20、输出 PIN接收：310dBm为佳，SDH输出光加5dB（10dB）衰减器后送入发送端OTU。 APD接收：1020dBm为佳， OTU和OTUG的输出光功率（EALD）32dBm. OTUR的输出光功率：23dBm,42,系统光功率预算,OMU输入、输出 OMU32插损（耦合器型器件）：16 0.5dB 单通路OTU信号输入OMU,则OMU输出为-19dBm;OBA2520输出为6dBm; 2路OTU输入,则OMU输出为-16dBm; 8路OTU输入,则OMU输出为-10dBm; OBA输出为15dBm; 32路OTU输入,则OMU输出为-4dBm; OBA输出为饱和的近20dBm; 若OM

21、U为波长敏感型,其插损与ODU分波器件一致，约68dB，对应OBA增益类型相应要变一下，如OBA1720（或OBA1417西安移动）；此时要根据具体光器件插损来决定OMU和OBA之间如何加合适的衰减器。,43,系统光功率预算,OA输入、输出 对OBA和OLA,要确保每个通路经OA放大后的单信道功率为5dBm,在一个复用段内,可以允许某个站点的OA单信道功率有5 3dBm的变化, 但应该对相邻站点的OA作适当调整,避免在一个复用段内总线路损耗(包括线路衰减器的衰减量)和OA(OLA和OPA)总增益偏差过大的现象. 线路衰减器的配置原则是使OLA/OPA的增益等于其前一段的线路光纤的损耗加线路衰减器的衰减量.一般情况下,线路衰减器加在OA的输出端,即线路光纤的入纤处. 对32波的OPA1712/2212/2712